JP4527057B2 - 4−アミノジフェニルアミン中間体を製造する方法 - Google Patents
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Description
a) アニリン又はその誘導体及びニトロベンゼンを限定された領域(confined zone)において、塩基、及びニトロベンゼンのモルに対して約0.01〜約0.60モルの量の過酸化水素を含む酸化剤を含む混合物の存在下で反応させて、少なくとも1の4−アミノジフェニルアミン中間体を得る工程、及び
b) 該中間体を4−アミノジフェニルアミンに還元する工程、及び
c) 場合によって、4−アミノジフェニルアミンを4−アミノジフェニルアミンのアルキル化された誘導体に還元的にアルキル化する工程
を含む4−アミノジフェニルアミンを生成する方法である。
個々の成分の収率は、2回の分析の平均から外部標準HPLCにより測定された。約0.06グラムの分析すべき物質は50mlの容量分析フラスコに正確に量り入れられ、39%v/vの水、36%v/vのアセトニトリル、24%のv/vのメタノール、及び1%のv/vpH7の緩衝溶液を含む緩衝溶液で希釈された。溶液は10μlのループを通して逆相Zorbax ODS HPLCカラム(250×4.6mm)の上にバイナリー勾配ポンピングシステム及び1.5ml/分の一定のフロー速度において以下の溶出勾配を用いて注入された:
実験方法は各実施例内に記載される。リサイクル塩基による実験は、過酸化水素の添加なしに操業している工業プラントからの典型的な試料を使用し、それに対するTMAH分析(24.4重量%及び26.8重量%)は滴定により測定された。リサイクル塩基は種々のテトラメチルアンモニウム塩プラスアニリン及び低レベルの他の有機不純物を含んでいた。塩の1つは(TMA)2CO3であり、それは、TMAHとともに最初の等価の滴定物として、(as the first equivalenttitrates along with TMAH)リサイクル塩基の分析に貢献する。
この実施例は、他の実施例においてカップリング反応の間、過酸化水素を用いることの効果を議論するために参考情報を提供する。実験1〜3の方法は、塩基濃度、62torrにおける乾燥及び60torrにおける反応と共に、プラントリサイクルTMAH(26.8%)及びプラントリサイクルアニリンを用いること以外は、実施例2の方法と類似している。実験4〜6の方法は、145.28gの新鮮なアニリン(1.56モル)及び87.36gの水性の予め濃縮された新鮮なTMAH溶液(36.0重量%、0.345モルのTMAH)を熱電対、加熱マントル、ニトロベンゼン及び過酸化物又は水のための表面下フィードチューブ、及びテフロンの櫂形攪拌機を装備された500mlの丸底フラスコに投入することである。70torrにおける圧力で、混合物は加熱されて、18mlの水をアニリンと共に除去し(約30分)、それからニトロベンゼンのフィード(36.93g、0.30モル)が開始される。温度は反応時間の間、約66〜67℃から80℃に上昇し、その間、水及びアニリンが留去される。表1はすべての6の実験に対してニトロベンゼンのフィード及び反応ホールドの時間を与える。水及びアニリンはホールドの間、留去される。実験4〜6のためのバッチは、ホールド期間の後20mlの水でクエンチされる。過酸化水素の投入量は、ニトロベンゼンと共存する5重量%の水性溶液の20.40g(0.03モル)である。水は、TMAHを分解から保護することにより、及び反応平衡をシフトさせることにより選択性に影響を及ぼし得るので、過酸化物との直接比較のために、水はニトロベンゼンと同時にフィードされる。
以下の実施例における実験のいくつかは、相対的に低い転化率を有する、なぜなら方法は、反応完結までバッチをホールドするよりむしろ固定されたニトロベンゼンのフィード時間プラスホールド時間を使用したからである。この実施例は延長されたホールド期間が選択性に与える影響を示す。
この実施例は、本質的に完全な程に低転化バッチをホールドすることは、選択性に最小の影響しか有しなかったことを示す。この1つに続く実施例において、転化率は73.4%〜100%の範囲であった。これらの結果は、89.3%から99.8%に転化率を至らせることは、選択性を0.5%しか下げず、そして96%の転化率から99.8%の転化率に行くことは、選択性を2%しか下げなかったことを示す。従って、以下の実施例においていくつかの実験の低い転化率は結論に影響を及ぼさない。
圧力、ニトロベンゼンのフィード速度、及び過酸化物を変数として、3−因子、8−実験の実験計画法(3-factor, 8-run Design ofExperiments (DOE))が実行された。過酸化物の濃度(5重量%水性溶液)及びH2O2/NB(0.1モル比)は、過酸化物を使用する4つの実験に対して任意に選択された。加熱マントル、熱電対、ニトロベンゼン及び過酸化物のための表面下フィードチューブ、及びテフロンの櫂形攪拌機を装備された500mlの丸底フラスコに130.02gのリサイクル塩基(24.4重量%)が投入され、次に表3に示された圧力において28mlの水を留去することにより31%に濃縮された。次に145.28gのアニリンが添加され、アニリンと共に、別の16mlの水が除去された(合計で44mlの水)。次に、水及びアニリンの留去を続けながら36.93gのニトロベンゼンのフィードが開始された。過酸化物が使用されたとき、20.40gの5重量%過酸化物溶液が適切なフィード速度においてニトロベンゼンと共に共フィードされて、ニトロベンゼンを終えた。バッチは下に記載されるように保持され、次に20mlの水でクエンチされた。反応は80℃において、65torr又は95torr(計画において特定された)において、0.3モルスケールで行われた。ホールド時間は、110分のニトロベンゼンフィードに対しては20分に、そして70分のニトロベンゼンのフィードに対しては45分に固定され、どちらも水とアニリンの留去は続けられた。
精緻化するDOE(refining DOE)は、1)過酸化物の量及び2)カップリング反応のための過酸化物濃度の両者を評価するために履行された。方法は、表4に挙げられたモル比及び過酸化物の濃度、及び30分のホールドと共に約70分のニトロベンゼンフィード時間を除いて、実施例3と同じであった。表4は、速いニトロベンゼンのフィード速度では、特により低いモル比においては、選択性は相対的に過酸化物の濃度から独立していることを示す。これは驚きである、なぜなら実施例1は、水を添加することは、選択性を増加させることができることを示し、5重量%の過酸化物を用いる実験は、25重量%の過酸化物の場合の6.33倍の水の量を有したからである。結果は、選択性が酸化剤の量により影響されうることをもまた示す。表4における等しい過酸化物の濃度による実験の比較は、より高いモル比は、それぞれの場合、より低い選択性を与えることを示す。再び、これは驚きである、なぜならより高いモル比においては、2倍の量の水が添加されたからである。従って、過酸化物の効果が支配的であるように、水及び過酸化物の利益は付加的ではない。
この実施例は、過酸化物が使用されるときの選択性に対する圧力の効果を説明する。バッチは、110分のニトロベンゼンのフィード時間、20分のホールド時間、プラントリサイクル塩基の異なる試料(26.8重量%)、及び新鮮なアニリンの代わりのプラントリサイクルアニリンを用いて実施例2と同様の方法により製造された。表5における結果は、30重量%の過酸化物が使用されるとき、丁度、5重量%の過酸化物を用いる実施例3におけるように、圧力は選択性に影響を有しないことを示す。これは過酸化物が他の反応変数の影響を緩和することの追加の証拠である。
実施例1は、単独、又は水あり、又は水性過酸化物ありでの、より短いニトロベンゼンフィード時間(80分)は、反応性を増加させることができることを示した。実施例3は、固定された過酸化物濃度及びモル比の場合、ニトロベンゼンのフィード時間(約75分対約110分)は選択性にほとんど影響を及ぼさないことを示した。実施例4は、短いニトロベンゼンのフィード時間(約70分)では、選択性は、特に低いモル比においては、過酸化物の濃度から相対的に独立していることを示した。
一連のカップリング反応が、5重量%の固定された過酸化物濃度で行われて、選択性に対する温度の効果を測定した。方法は以下のようであった:130.02gのリサイクル塩基(24.4重量%のTMAH)を500mlスケールのカップラーに投入し、28mlの水を留去する。145.28gのアニリンを添加し、さらに16mlの水をアニリンと共に除去する(合計で44mlの水)。水及びアニリンを留去しながらH2O2/NB=0.08モルにおいて36.93gのニトロベンゼンを5重量%の水性過酸化物溶液と同時に共に表面下で、フィードする。表7に示された温度において及び65torrの一定の圧力において100〜110分間で共フィードを、水及びアニリンを留去しながら完結させる。水及びアニリンを留去しながら30分間ホールドし、それから20mlの水でクエンチする。
カップリング反応の2つのセットが、固定された過酸化物濃度を用いて行われ、増加された選択性を与える有効モル比の範囲を決定した。5重量%の過酸化物を用いる方法は基本的には実施例3と同じである。過酸化物及びニトロベンゼンは105〜110分に渡ってフィードされ、ただし80℃及び65torrにおける反応については20分のホールド時間であった。30重量%に対する方法は、実施例5と類似であった。
最適化の研究は、塩基の質の効果を調べるために、過酸化物を用いて新鮮な塩基に対して行われた。方法は、5及び20重量%に対しては、実施例3と類似しており、25重量%の塩基の126.89gの投入量であり、35重量%の場合は実施例10と類似していた。図2及び表9において見られるように、新鮮な塩基はリサイクル塩基に対してより平らでより広い最適化曲線を与えた。さらに最適モル比及び有効範囲は濃度とともに変化し、最高選択性はリサイクル塩基に対してはより低く選択性は最初の最適値が過ぎた後、増加した。上昇はモル比が増加するにつれてのより高い水の投入量のためであり、それは35重量%の過酸化物では起きず、そのために最も少ない水が添加された。水はニトロベンゼンによるMeisenheimerの酸化を阻害し、その結果より多くが過酸化物により酸化されるので、選択性が上がった。
この実施例はニトロベンゼンのフィード時間及び塩基の質の選択性に及ぼす効果をさらに説明する。方法は、新鮮な塩基に対しては、87.36gの予め濃縮された塩基(36重量%)が使用され、アニリン添加後の水除去は18mlに過ぎないことを除いて実施例3と類似していた。すべてのバッチは、H2O2/NB=0.1のモル比を有していた。表10における結果は、過酸化物なしでは、新鮮な塩基は、ニトロベンゼンのフィード時間に関わらずリサイクル塩基より高い選択性を与えた。しかし、過酸化物が使用されたときは、状況はかなり変化した。過酸化物では、リサイクル塩基は、より長いニトロベンゼンのフィード時間に対して新鮮な塩基より高い選択性を与えたが、より短いフィード時間に対しては、同等の選択性を与えた。
米国特許第5,117,063号は、本明細書に取り込まれるが、該報告書及び関連する特許において、カップリング反応の間に存在する水の量は、(p=NDPA+4−NDPA)/(2−NDPA+フェナジン)のモル比に対して深い効果を有することが報告された。実施例4におけるデータは、過酸化物を添加された水は、生成されたフェナジンの量に小さい影響を有することを示す。(2−NDPAは全く生成していないことが観察される)。これは図3及び4にさらに示される。図3における(実施例6の)データは、過酸化物を添加された水の水量の16倍の減少にも関わらず、過酸化物の濃度の7倍の増加に対して、フェナジンのレベルは少ししか増加しなかったことを示す。図4の(実施例8の)データH2O2/NBモル比が増加するにつれ、フェナジンレベルはかなり下がることを示す。しかし、フェナジンのレベルは、5重量%〜30重量%の過酸化物を添加された8倍高い水の量にも関わらず過酸化物の濃度から基本的に独立していた。添加された水は一定の過酸化物の添加においてほとんど効果を有しないので、これは、過酸化物の添加は、水の添加より大きい影響を有することを示す。これは、過酸化物がカップリング反応系を変えて、副反応を最小化することの追加の証拠である。
この実施例は、過酸物の部分フィードが過酸化物の効率を増加させることを示す。装置は、実施例2と同じであり、基本的な方法は類似している。432.85gの24.4重量%リサイクル塩基を投入し、150rpmにおいて攪拌を始め、次に加熱して、65torrにおいて92mlの水を留去させる。アニリンをもっと添加することを続けながら、301.50gのアニリンを添加し、65torrにおいて水プラスアニリンを留去する。164mlの水プラスアニリンが留去されたとき、表11に示された時間をかけて123.11gのニトロベンゼンをフィードすることを開始し、その間もっとアニリンを添加し、水プラスアニリンを留去し続ける。乾燥プラス反応の間のアニリンの投入量は、180.90gである。水性過酸化物の溶液は、表11に示された時間をかけてニトロベンゼンと同時にフィードされる。反応条件は、80℃及び65torrである。ニトロベンゼンのフィードの完結後、60torrにおいて30分間ホールドし、それから50mlの水でクエンチする。
この実施例は、過酸化物の部分フィードによる塩基の質の効果を比較する。装置は実施例2と同じであり、基本的な方法は類似している。主な相違点は、過酸化物フィードの開始は、約5分遅らされ、ニトロベンゼンのフィード時間の約10分前に終了され、ニトロベンゼンのフィード時間は105分のターゲットであったことである。過酸化物はH2O2/NB=0.064モルを有する水性の24.3重量%溶液として投入された。表12の結果は、実験の条件下で、プラントリサイクル塩基、新鮮な塩基、及びプラントリサイクル塩基から電気分解により回収された塩基は同等の結果を与えることを示す。これは回収された塩基は、単独で又はリサイクル及び/又は新塩基と組み合わせて過酸化物と一緒の使用のために適切であることを示す。それは新鮮な塩基が過酸化物なしで有する利点を過酸化物が克服することをもまたさらに示す。
この実施例は、過酸化物とMeisenheimer錯体との良好な接触が最適選択性に本質的であることを示す。表13は、ペリスタルティックポンプ対20μlの増加量で過酸化物を搬送するピストンポンプによる、実験室での過酸化物のフィードを比較する。方法は、低いモル比の実験の場合、過酸化物のフィードは5分後に開始され、ニトロベンゼンより10分早く終了されることを除いて、実施例2の方法と類似する。表13のデータは、ペリスタルティックポンプがピストンポンプより不安定かつ低い選択性を与えることを示す。実施例12は、部分対完全フィードに関して2つのモル比の比較が有効であることを示す。ピストンポンプの小さい体積の投入は、過酸化物が素早く拡散されMeisenheimerと緊密に接触することを保証する。ペリスタルティックポンプからの過酸化物投入の大きなスラグはより劣る拡散を与え、過酸化物の相互作用の効率を減じ、より低い選択性をもたらす。反応マスに対して局在化されたより過酸化物の(一滴の過酸化物中における)高いモル比のために、良好な拡散はより高い過酸化物濃度において特に重要である。これは、Meisenheimerの最も高い濃度の点において過酸化物を導入する必要性を支持する。
この実施例は強い有機塩基の存在下で、ニトロベンゼンとアニリンとをカップリングさせるための水性50重量%の過酸化水素の安定性を示す。水性50重量%の過酸化水素が使用された以外は、実施例13の方法が踏襲された。過酸化物溶液は注意深く表面下、ペリスタルティックポンプの手動制御により反応器にフィードされて、投入すべき少量の物質(4.35g)を考慮して、できるだけ滑らかな添加を与えた。95.56%の選択性が得られ、該選択性はより低い過酸化物濃度での選択性より少し低いだけである。実施例14の結果は、もし小さいピストンポンプがこの実験のために入手可能であったなら、50重量%の過酸化物がより低い濃度と同じ選択性を与えたであろうことを示す。いずれの場合の結論も、50重量%が過酸化水素にとって適切な濃度であるということである。
この例は、過酸化水素が、強い有機塩基の存在下でアニリンをニトロベンゼンとカップリングさせる酸化剤として空気より優れていることを示す。複数のカップリングバッチが、実施例1の方法と同じ方法により製造され、種々のフロー速度における空気が酸化剤として使用された。表14の結果は、選択性のかなりの増加のために必要とされるフロー速度は、典型的なプラントコンデンサーに負担をかけすぎるので、空気は、酸化剤として非実用的であることを示す。さらに、得られる最も高い選択性は条件の範囲に渡って過酸化物によって得られる選択性よりはるかに下である。
この実施例は強い無機塩基及び相間移動触媒(PTC)と一緒にした過酸化物の効果を以下の方法に従うことによって調べる。アニリン(99%、22.58g、240ミリモル)、ニトロベンゼン(99%、4.97g、40ミリモル)、過酸化水素(50重量%水性、下の図5において示されたモル量)、水(水は合計水が2.16gにおいて一定に保たれるように添加された)、水酸化カリウム(86%の挽かれた粉末、7.83g、120ミリモル)及び塩化テトラメチルアンモニウム(97%、4.52g、40ミリモル)が、マグネティックスターラーを備えられた50mlの丸底フラスコに投入された。過酸化物はKOH及びTMAClを添加する前に反応混合物に添加された。次にフラスコは、素早く栓をされ、反応は60℃において1時間進行することを許された。この実施例において、TMAHでは得られなかった反応副生物として、アゾキシベンゼン及び2−NDPAが得られた。したがってこれらの副生物は反応性の計算に含まれた。
Claims (13)
- 4−アミノジフェニルアミンを生成する方法において、以下の工程:
a) アニリン又はその誘導体及びニトロベンゼンを、塩基と、ニトロベンゼンのモルに対して0.01〜0.60モルの量の過酸化水素を含む酸化剤とを含む混合物の存在下で反応させて、少なくとも1の4−アミノジフェニルアミン中間体を得る工程、ここで前記酸化剤及びニトロベンゼンは同時にフィードされ、水及びアニリンが留去される、及び
b) 該中間体を4−アミノジフェニルアミンに還元する工程
を含む方法。 - さらに
c) 4−アミノジフェニルアミンを4−アミノジフェニルアミンのアルキル化された誘導体に還元的にアルキル化する工程
を含む、請求項1に記載の方法。 - 塩基が、工程b)の生成物から分離され、そして単独で又は新鮮な塩基と組み合わせて工程a)にリサイクルされる、請求項1又は2に記載の方法。
- 塩基が四級アンモニウム塩であり、該塩が工程b)の生成物から分離され、そして精製されて、その工程において生成された四級アンモニウム塩不純物の少なくとも一部を除去し、そして単独の塩基として、又は精製されていないリサイクル塩基、及び/又は補充量の新鮮な塩基と組み合わせて本方法における使用のために工程a)にリサイクルされる、請求項1又は2に記載の方法。
- 4−アミノジフェニルアミン中間体を製造する方法において、アニリン又はその誘導体及びニトロベンゼンを、塩基と、ニトロベンゼンのモルに対して0.01〜0.60モルの量の過酸化水素を含む酸化剤とを含む混合物の存在下で反応させる工程を含む方法。
- 請求項3に記載のリサイクルされた塩基が、単独の塩基として、又は補充量の新鮮な塩基と組み合わせて使用される、又は請求項4に記載のリサイクルされた塩基が、単独の塩基として、又は精製されていないリサイクル塩基及び/又は補充量の新鮮な塩基と組み合わせて使用される、請求項5に記載の方法。
- 塩基が、テトラメチルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、メチルトリブチルアンモニウム、ベンジルトリメチルアンモニウム、トリカプリルメチルアンモニウム、セチルトリメチルアンモニウム、及びコリンの少なくとも1つの水酸化物、アルコキシド、酢酸塩、炭酸塩、重炭酸塩、シアニド、フェノラート、リン酸塩、リン酸水素塩、ハイポクロライト、ホウ酸塩、ホウ酸水素塩、ホウ酸二水素塩、スルフィド、ケイ酸塩、ケイ酸水素塩、ケイ酸二水素塩、又はケイ酸三水素塩から選択された四級アンモニウム塩である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 過酸化水素が、ニトロベンゼンのモルに対して0.01〜0.5モルの量で3重量%〜50重量%の過酸化水素を、又は同上0.01〜0.45モルの量で15重量%〜25重量%の過酸化水素を、又は同上0.01〜0.35モルの量で25〜40重量%の過酸化水素を含む水性溶液として供給される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
- 過酸化水素が、ニトロベンゼンのモルに対して0.01〜0.5モルの量で3重量%〜7重量%の過酸化水素を含む水性溶液として供給される、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 反応温度が、20℃〜125℃である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 反応温度が、65℃〜95℃である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
- 酸化剤の導入が、ニトロベンゼンの導入の開始の後に開始される、及び/又はニトロベンゼンの導入の間に、ニトロベンゼンの導入が完結される前に酸化剤の導入が完結される、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
- 酸化剤の投入の場所が、ニトロベンゼンの投入点である、請求項1〜12のいずれか1項に記載の方法。
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